microscópica de energía? Get solution
2-2C ¿Qué es la energía total? Nombre las distintas formas
de energía que constituyen la energía total.Get solution
2-3C ¿Cómo se relacionan entre sí el calor, la energía
interna y la energía térmica?Get solution
2-4C ¿Qué es energía mecánica? ¿En qué difiere de la energía
térmica? ¿Cuáles son las formas de energía mecánica en
un flujo de fluido? Get solution
2-5C El gas natural, formado principalmente por metano
CH4, es un combustible y una de las principales fuentes de
energía. ¿Se puede decir lo mismo del hidrógeno gaseoso, H2? Get solution
2-6E Calcule la energía cinética total en Btu sobre un objeto
con masa 15 lbm cuando su velocidad es de 100 pies/s.
Respuesta: 3.0 Btu Get solution
2-7 Calcule la energía cinética total, en kJ, de un objeto
cuya masa es de 100 kg, y cuya velocidad es de 20 m/s. Get solution
2-8E La energía potencial específica de un objeto con respecto
a algún nivel dado está dada por gz, donde g es la aceleración
gravitacional local, y z es la altura del objeto sobre
el nivel dado. Determine la energía potencial específica, en
Btu/lbm, de un objeto ubicado a 100 pies sobre un nivel dado
en una ubicación en donde g = 32.1 pies/s2. Get solution
2-9E Calcule la energía potencial total, en Btu, de un objeto
cuya masa es de 200 lbm, cuando está a 10 ft sobre un nivel
dado, en una ubicación donde hay aceleración gravitacional
estándar. Get solution
2-10 Calcule la energía potencial total, en kJ, de un objeto
cuya masa es de 20 kg, cuando está ubicado a 20 m debajo de
un nivel dado, en una ubicación donde g = 9.5 m/s2. Get solution
2-11 Una persona entra a un elevador a nivel del lobby de
un hotel, junto con su maleta de 30 kg, y sale en el 10° piso,
35 metros arriba. Determine la cantidad de energía consumida
por el motor del elevador que ahora está almacenada en la
maleta. Get solution
2-12 Se va a generar electricidad instalando un turbogenerador
en un lugar a 160 m debajo de la superficie de un gran
depósito de agua, que puede suministrarla continuamente a
3.500 kg/s. Calcule la potencia que se pueda generar. Get solution
2-13 En cierto lugar, sopla el viento continuamente a 10 m/s.
Calcule la energía mecánica del aire, por unidad de masa, y la
potencia que pueda generar un aerogenerador, con 60 m de diámetro de álabes, en ese lugar. Suponga que la densidad del
aire es 1.25 kg/m3. Get solution
2-14 Un chorro de agua sale por una turbina a 60 m/s, con
una tasa de flujo de 120 kg/s; se va a usar para generar electricidad,
al chocar con las paletas en la periferia de una rueda.
Calcule la potencia que puede generar ese chorro. Get solution
2-15 Se están estudiando dos lugares para generar energía
eólica. En el primero, el viento sopla constantemente a 7 m/s,
durante 3.000 horas por año, mientras que en el segundo, el
viento sopla a 10 m/s durante 2.000 horas al año. Suponiendo,
para simplificar, que la velocidad del viento es despreciable
fuera de esas horas, determine cuál es el mejor lugar para generar
energía eólica. Sugerencia: Observe que la tasa de flujo de
masa del aire es proporcional a la velocidad del viento. Get solution
2-16 Un río tiene un caudal constante de 175 m3/s, y se está
estudiando para generar electricidad. Se determina que se
puede construir una presa para detener el agua y dejarla pasar
desde una diferencia de alturas de 80 m, generando así la electricidad.
Calcule cuánta potencia se puede generar con el agua
de ese río, al tener llena la presa. Get solution
2-17 Considere un río que corre hacia un lago a una velocidad
promedio de 3 m/s, con un caudal de 500 m3/s, en una
ubicación a 90 m arriba de la superficie del lago. Determine
la energía mecánica total del agua del río por unidad de masa,
y el potencial de generación de potencia de todo el río en esa
ubicación. Get solution
2-18C ¿En qué formas puede la energía cruzar las fronteras
de un sistema cerrado? Get solution
2-19C ¿Cuándo es calor la energía que cruza las fronteras de
un sistema cerrado, y cuándo es trabajo? Get solution
2-20C ¿Qué es un proceso adiabático? ¿Qué es un sistema
adiabático? Get solution
2-21C ¿Qué son funciones de punto y de trayectoria? Describa
algunos ejemplos. Get solution
2-22C Un automóvil va a velocidad constante por un camino.
Determine la dirección de las interacciones de calor y trabajo,
suponiendo que el sistema es el siguiente: a) el radiador del
automóvil, b) el motor, c) las ruedas, d) el camino y e) el aire
del exterior. Get solution
2-23C Puede cambiarse la longitud de un resorte a) aplicándole
una fuerza o b) cambiando su temperatura (por dilatación
térmica). ¿Qué tipo de interacción energética entre el sistema
(el resorte) y sus alrededores se requiere para cambiar su longitud
en esas dos formas? Get solution
2-24C Un refrigerador eléctrico está en un recinto. Determine
la dirección de las interacciones de trabajo y de calor
(entra o sale energía) cuando se considera que el sistema es el
siguiente: a) el contenido del refrigerador, b) todas las partes
del refrigerador, incluyendo el contenido, y c) todo lo que está
dentro del recinto, durante un día invernal. Get solution
2-25C Se examinará una computadora personal desde un
punto de vista termodinámico. Determine la dirección de las
transferencias de trabajo y calor (entra o sale energía) cuando
se considera que el sistema es a) el teclado, b) la pantalla, c) la
unidad procesadora y d) todo lo anterior. Get solution
2-26 Un motor eléctrico pequeño produce 5 W de potencia
mecánica. Exprese esa potencia utilizando una combinación
de las unidades a) N, m y s, y b) kg, m y s.
Respuestas: a) 5 N · m/s, b) 5 kg · m2/s3 Get solution
2-27E Un motor de combustión para un modelo de avión
produce 10 W de potencia. ¿Cuánta potencia es esa en a) lbf
· pie/s, y b) hp?
Formas mecánicas de trabajo Get solution
2-28C Un coche acelera del reposo hasta 85 km/h en 10 s.
¿Sería diferente la cantidad de energía transferida al vehículo
si acelerara en 5 s hasta la misma velocidad? Get solution
2-29 Calcule la energía requerida para acelerar un automóvil
de 800 kg, desde el reposo hasta 100 km/h, en un camino
horizontal. Respuesta: 309 kJ Get solution
2-30E Una grúa de construcción levanta una viga de concreto
pretensado, que pesa 3 toneladas desde el suelo hasta la punta de las pilastras, a 24 pies sobre el suelo. Calcule la cantidad
de trabajo efectuado suponiendo que el sistema es a) la
viga y b) la grúa. Exprese sus respuestas en lbf · pie y en Btu. Get solution
2-31E Un hombre que pesa 180 lbf está empujando un
carrito que pesa 100 lbf con su contenido, hacia arriba de una
rampa que está inclinada a un ángulo de 10° con respecto a
la horizontal. Determine el trabajo necesario para moverse a
lo largo de esta rampa una distancia de 100 ft, considerando
como sistema a) el hombre y b) el carrito y su contenido.
Exprese sus respuestas tanto en lbf · ft como en Btu. Get solution
2-32E La fuerza F necesaria para comprimir un resorte
una distancia x es F F0 kx, donde k es la constante del
resorte y F0 es la precarga. Calcule el trabajo necesario para
comprimir un resorte cuya constante es k 200 lbf/pulg, una
distancia de una pulgada, a partir de su longitud sin precarga
(F0 0 lbf). Exprese su resultado en lbf · pie y en Btu. Get solution
2-33E Una burbuja esférica de jabón con una tensión superficial
de 0.005 lbf/ft se está expandiendo desde un diámetro
de 0.5 in hasta un diámetro de 2.0 in. ¿Cuánto trabajo en Btu
se necesita para expandir esta burbuja?
Respuesta: 2.11 × 10–6 Btu Get solution
2-34E Una varilla de acero de 0.5 in de diámetro, 12 in de
longitud con un módulo de Young de 30 000 lbf/in2 se estira
0.125 in. ¿Cuánto trabajo necesita esto, en Btu? El trabajo de
esfuerzo está dado por V0E
2
1e22
e21
2, donde V0 es el volumen original
del sólido, E es el módulo de Young, y e es el esfuerzo
al principio y al final del proceso. Get solution
2-35E Un resorte cuya constante es 200 lbf/pulg tiene al
principio una fuerza de 100 lbf actuando sobre él. Calcule el
trabajo, en Btu, necesario para comprimirlo 1 pulgada adicional. Get solution
2-36 ¿Cuánto trabajo, en kJ, puede producir un resorte cuya
constante de resorte es 3 kN/cm después de haberse comprimido
3 cm de su longitud sin carga? Get solution
2-37 Un elevador para esquiadores tiene una longitud de
trayectoria de una vía de 1 km, y una elevación vertical de
200 m. Las sillas están espaciadas 20 m entre sí, y cada silla
puede admitir tres personas. El elevador está operando a una
velocidad uniforme de 10 km/h. Despreciando la fricción y
la resistencia del aire y suponiendo que la masa promedio de
cada silla cargada es 250 kg, determine la potencia necesaria
para operar este elevador. También estime la potencia necesaria
para acelerar este elevador en 5 s a su rapidez de operación
cuando se echa a andar por primera vez. Get solution
2-38 Determine la potencia necesaria para que un automóvil
de 1 150 kg suba por un camino ascendente de 100 m de
longitud con una pendiente de 30° (con respecto a la horizontal)
en 12 s, a) a velocidad constante, b) desde el reposo hasta
una velocidad final de 30 m/s y c) de 35 m/s a una velocidad
final de 5 m/s. Ignore el rozamiento, la resistencia del aire y
la resistencia al rodaje. Respuestas: a) 47.0 kW, b) 90.1 kW,
c) 10.5 kW Get solution
2-39 Un automóvil de 1 200 kg dañado está siendo remolcado
por un camión. Despreciando la fricción, la resistencia
del aire y la resistencia al rodado, determine la potencia adicional
necesaria a) para velocidad constante en un camino a
nivel, b) para velocidad constante de 50 km/h en un camino
ascendente con inclinación de 30° respecto a la horizontal y
c) para acelerar en un camino a nivel desde reposo hasta 90 km/h
en 12 s. Respuestas: a) 0, b) 81.7 kW, c) 31.3 kW Get solution
2-40C Para un ciclo, ¿el trabajo neto es necesariamente
cero? ¿Para qué clase de sistemas será éste el caso? Get solution
2-41C ¿Cuáles son los diferentes mecanismos para transferir
energía a o desde un volumen de control? Get solution
2-42C En un día cálido de verano, un estudiante pone en marcha
su ventilador cuando sale de su habitación por la mañana.
Cuando regrese por la tarde, ¿el cuarto estará más caliente o
más fresco que los cuartos vecinos? ¿Por qué? Suponga que
todas las puertas y ventanas se mantienen cerradas. Get solution
2-43E Un modo de mejorar la eficiencia del combustible de
un automóvil es usar neumáticos con una menor resistencia al
rodado, es decir, neumáticos que rueden con menos resistencia,
y las pruebas en carretera a 65 mph demostraron que los
neumáticos con la menor resistencia al rodado pueden mejorar
la eficiencia del combustible en casi 2 mpg (millas por galón).
Considere un automóvil que rinde 35 mpg con neumáticos de alta resistencia al rodado y se conduce 15,000 millas por año.
Para un costo de combustible de $2.20 gal, determine cuánto
dinero se puede ahorrar por año cambiando a neumáticos de
baja resistencia al rodado. Get solution
2-44 Un sistema adiabático cerrado se acelera de 0 m/s a 30 m/s.
Determine el cambio específico de energía de este sistema, en
kJ/kg. Get solution
2-45 Un sistema adiabático cerrado se eleva 100 m en una
ubicación en la que la aceleración gravitacional es de 9.8 m/s2.
Determine el cambio de energía en el sistema, en kJ/kg. Get solution
2-46E Una bomba de agua aumenta la presión de agua de 10
psia a 50 psia. Determine el suministro necesario de potencia,
en hp, para bombear 1.2 pies3/s de agua. ¿La temperatura del
agua a la entrada tiene un efecto importante en la potencia de
flujo necesaria? Respuesta: 12.6 hp Get solution
2-47 En un salón de clases que normalmente aloja a 40 personas
se instalarán unidades de aire acondicionado con capacidad
de enfriamiento de 5 kW. Se puede suponer que una persona
en reposo disipa calor a una tasa de alrededor de 360 kJ/h. Además,
hay 10 focos en el aula, cada uno de 100 W, y se estima
que la tasa de transferencia de calor hacia el aula a través de
las paredes es de 15 000 kJ/h. Si el aire en el aula se debe
mantener a una temperatura constante de 21 °C, determine el
número de unidades de aire acondicionado requeridas.
Respuesta: 2 unidades Get solution
2-48 Las necesidades de alumbrado de un almacén se satisfacen
con 6 luminarias fluorescentes, cada una con 4 lámparas
de 60 W cada una. Todas las lámparas están encendidas
durante las horas de funcionamiento del almacén, de 6 a.m.
a 6 p.m., 365 días por año. En realidad, el almacén se usa
un promedio de 3 h por día. Si el costo de la electricidad es
$0.08 kWh, calcule la cantidad de energía y dinero que se
ahorraría si se instalaran detectores de movimiento. También
calcule el periodo de recuperación de la inversión si el precio
de compra del detector es $32, y se necesita 1 hora para instalarlo,
a un costo de $40 de mano de obra. Get solution
2-49 Un campus universitario tiene 200 salones de clase y
400 oficinas de docentes. Los salones de clase tienen 12 tubos
fluorescentes, cada uno de 110 W, incluyendo la electricidad
que consumen sus balastros. Las oficinas de los docentes tienen,
en promedio, la mitad de tubos. El campus abre 240 días
por año, los salones de clase y las oficinas docentes no se ocupan
durante un promedio de 4 h por día, pero las luces se mantienen
encendidas. Si el costo unitario de la electricidad es
$0.082 kWh, calcule cuánto se ahorra en un año, en ese campus,
si las luces de los salones de clase y las oficinas se apagan
mientras están desocupados. Get solution
2-50 Un recinto está inicialmente a la misma temperatura que el
exterior, que es de 20 °C. En él hay una lámpara de 100 W, una
TV de 110 W, un refrigerador de 200 W y una plancha de 100
W. Suponiendo que no se transfiere calor a través de las paredes,
calcule la rapidez de aumento del contenido de energía en el
recinto, cuando todos estos electrodomésticos están encendidos. Get solution
2-51 Un ventilador debe acelerar aire desde el reposo a una
velocidad de 8 m/s a razón de 9 m3/s. Calcule la potencia
mínima que debe alimentarse al ventilador. Suponga que la
densidad del aire es 1.18 kg/m3. Get solution
2-52E Un ventilador está situado en un ducto cuadrado de 3
pies 3 pies. Se miden las velocidades en varios puntos a la
salida, y se determina que la velocidad promedio de flujo es
22 pies/s. Suponiendo que la densidad del aire es 0.075 lbm/
pie3, calcule el consumo mínimo de potencia del motor del
ventilador. Get solution
2-53 La fuerza que impulsa el flujo de los fluidos es la
diferencia de presión; una bomba trabaja elevando
la presión de un fluido (convirtiendo el trabajo mecánico de su
eje en energía de flujo). Se determina que una bomba de gasolina
consume 3.8 kW de potencia eléctrica cuando está trabajando.
Si la diferencia de presiones entre la descarga y la succión
de la bomba es 7 kPa, y los cambios de velocidad y altura
son despreciables, determine el flujo volumétrico máximo posible
de la gasolina. Get solution
2-54 En un centro comercial, una escalera eléctrica está diseñada
para mover a 30 personas de 75 kg cada una, a una velocidad
constante de 0.8 m/s, por una pendiente de 45°. Determine
el consumo mínimo de potencia necesario para mover
la escalera. ¿Cuál sería su respuesta si aumentara al doble la
velocidad de la escalera? Get solution
2-55 Un automóvil que se mueve a través del aire hace que
la velocidad del aire (medida con respecto al vehículo) disminuya
y llene un canal de flujo más grande. Un automóvil tiene
un área efectiva de canal de flujo de 3 m2. El automóvil viaja
a 90 km/h en un día en el que la presión barométrica es de
70 mm de mercurio y la temperatura es de 20 °C. Detrás del
auto, la velocidad medida del aire (con respecto al auto) es de
82 km/h, y la temperatura es de 20 °C. Determine la potencia
necesaria para mover este automóvil a través del aire y el área
del canal efectivo de flujo detrás del automóvil. Get solution
2-56C ¿Qué es eficiencia mecánica? ¿Qué significa una eficiencia
mecánica de 100 por ciento en una turbina hidráulica? Get solution
2-57C ¿Cómo se define la eficiencia combinada de una
bomba acoplada con un motor? ¿Puede la eficiencia combinada
de motor bomba ser mayor que la eficiencia del motor o
de la bomba? Get solution
2-58C Defina la eficiencia de una turbina, de un generador
y del turbogenerador. Get solution
2-59C ¿Puede ser mayor la eficiencia combinada de un turbogenerador,
que la eficiencia de su turbina o de su generador?
Explique. Get solution
2-60 Un quemador eléctrico abierto de 24 kW, con campana,
está instalado en un área donde los costos unitarios de
electricidad y gas natural son $0.10/kWh y $1.20/termia (1 termia
105,500 kJ), respectivamente. Se puede suponer que la
eficiencia de los quemadores abiertos es 73 por ciento para los
eléctricos, y 38 por ciento para los de gas. Calcule la tasa de
consumo de energía y el costo unitario de la energía utilizada
en el quemador eléctrico y en el de gas. Get solution
2-61 Un motor de 75 hp (potencia en el eje) tiene 91.0 por
ciento de eficiencia; ya está gastado, y se reemplaza por uno
de 75 hp de alta eficiencia, con 95.4 por ciento de eficiencia.
Calcule la reducción de ganancia de calor del recinto, debida
a la mayor eficiencia, en condiciones de plena carga. Get solution
2-62 Un automóvil eléctrico de 90 hp (en el eje) está impulsado
por un motor eléctrico montado en el compartimiento del
motor. Si la eficiencia promedio del motor es 91 por ciento,
calcule la tasa de suministro de calor del motor al compartimiento
del motor, a plena carga. Get solution
2-63 Un motor de 75 hp (potencia en el eje) cuya eficiencia
es 91.0 por ciento, se ha gastado, y se va a sustituir por uno
de alta eficiencia, con 95.4 por ciento de eficiencia. El motor
trabaja 4.368 horas por año, con un factor de carga de 0.75.
Suponga que el costo de la electricidad es $0.08/kWh, calcule
la cantidad de energía y dinero ahorrado como resultado de
la instalación del motor de alta eficiencia. También determine
el periodo de recuperación simple, si los precios de compra
de los motores de eficiencia normal y alta eficiencia son $5.449 y
$5.520, respectivamente. Get solution
2-64E Las necesidades de vapor de agua en una fábrica se
satisfacen con una caldera cuyo consumo nominal de calor es
5.5 106 Btu/h. Se determina que la eficiencia de combustión
de la caldera es 0.7, mediante un analizador portátil de
gases. Después de ajustar la caldera, la eficiencia de combustión
sube a 0.8. En un año, la caldera opera sin interrupciones
4.200 horas. Suponiendo que el costo unitario de la energía es
$4.35/106 Btu, calcule el ahorro de energía y de costos, por
ajustar la combustión de la caldera. Get solution
2-65E Reconsidere el problema 2-64E. Usando el
software EES (u otro), estudie los efectos del
costo unitario de la energía y la eficiencia de combustión
sobre la energía anual utilizada y los ahorros en costos.
Suponga que la eficiencia varía de 0.7 a 0.9 y que el costo
unitario varía de $4 a $6 por millón de Btu. Grafique la energía
anual utilizada y los ahorros en costos contra la eficiencia
para precios unitarios de $4, $5 y $6 por millón de Btu, y
explique los resultados. Get solution
2-66 Un salón de gimnasia tiene ocho máquinas de levantamiento
de pesas que no tienen motores, y cuatro caminadoras,
cada una de ellas provista de un motor de 2.5 hp (potencia en el
eje). Los motores operan con un factor de carga promedio de 0.7,
al cual su eficiencia es de 0.77. Durante las horas pico vesperti-nas, se usan continuamente los 12 aparatos, y también hay dos
personas haciendo ejercicios ligeros mientras esperan su turno
para usar un aparato. Suponiendo que la tasa promedio de disipación
de calor de las personas en un gimnasio es 525 W, determine
la tasa de aumento de calor en el gimnasio, proveniente de
las personas y el equipo, en condiciones de carga pico. Get solution
2-67 Un cuarto se enfría mediante circulación de agua enfriada
a través de un intercambiador de calor ubicado en un
cuarto. El aire se hace circular por el intercambiador mediante
un ventilador de 0.25 hp de potencia en el eje. La eficiencia
típica de los motores eléctricos pequeños que accionan equipo
de 0.25 hp es de 54 por ciento. Determine la tasa de suministro
de calor del conjunto de ventilador y motor al cuarto. Get solution
2-68 El agua de un lago grande se va a usar para generar
electricidad mediante la instalación de un sistema turbina
hidráulica-generador en una ubicación donde la profundidad
del agua es de 50 m (Fig. 2-62). Se va a suministrar agua a
razón de 5 000 kg/s. Si la potencia eléctrica generada se mide
como 1 862 kW, y la eficiencia del generador es de 95 por
ciento, determine a) la eficiencia general del sistema turbina-
generador, b) la eficiencia mecánica de la turbina y c) la
potencia de eje suministrada por la turbina al generador. Get solution
2-69 En cierta ubicación, el viento sopla constantemente a
7 m/s. Determine la energía mecánica del aire por unidad de
masa y el potencial de generación de potencia de un aerogenerador
con hojas de 80 m de diámetro en ese sitio. También
determine la generación efectiva de potencia suponiendo una
eficiencia total de 30 por ciento. Tome la densidad del aire
como 1.25 kg/m3. Get solution
2-70 Reconsidere el problema 2-69. Usando el software
EES (u otro), investigue el efecto de la
velocidad del viento y el diámetro de envergadura de hojas
sobre la generación eólica de potencia. Suponga que la velocidad
varía de 5 a 20 m/s en incrementos de 54 m/s, y que el
diámetro varía de 20 a 120 m en incrementos de 20 m. Tabule
los resultados, y explique su importancia. Get solution
2-71 Se bombea agua de un lago hacia un gran recipiente de
almacenamiento situado 20 m arriba, a una tasa de 70 L/s con
un consumo de potencia eléctrica de 20.4 kW. Sin considerar
las pérdidas por fricción en las tuberías ni los cambios de
energía cinética, determine a) la eficiencia global de la unidad
bomba-motor y b) la diferencia de presión entre la entrada y
la salida de la bomba. Get solution
2-72 Hay grandes aerogeneradores con diámetros de aspa de
más de 100 m usadas para generar energía eléctrica. Considere
una turbina eólica con un diámetro de aspa de 100 m instalada
en un lugar en que soplan permanentemente vientos a
8 m/s. Si se toma la eficiencia global de la turbina como 32
por ciento y la densidad del aire como 1.25 kg/m3, determine
la potencia eléctrica que genera este aerogenerador. Asimismo,
suponiendo vientos constantes de 8 m/s durante un periodo
de 24 h, determine tanto la cantidad de electricidad como el
ingreso generados por día para un precio unitario de $0.06/
kWh de electricidad. Get solution
2-73E Una bomba de agua provee 3 hp de potencia de flecha
cuando está en operación. Si la presión diferencial entre la
salida y la entrada de la bomba es de 1.2 psi cuando el flujo
es 15 pies3/s y los cambios de velocidad y altura son insignificantes,
determine la eficiencia mecánica de esta bomba. Get solution
2-74 Se bombea agua de un embalse inferior a otro superior
mediante una bomba que provee 20 kW de potencia de flecha.
La superficie libre del embalse superior está 45 más arriba respecto
a la del inferior. Si el caudal medido de agua es de 0.03 m3/s,
determine la potencia mecánica que se convierte en energía
térmica durante este proceso debido a efectos de rozamiento. Get solution
Estados Unidos, está a 206 m de altura respecto a la superficie
del río Colorado. ¿A qué caudal de agua debe pasar por las
turbinas hidráulicas de esta presa para producir 100 MW de
potencia, si la eficiencia de las turbinas es 100 por ciento? Get solution
2-76 Una bomba de aceite consume 35 kW de potencia eléctrica
al bombear 0.1 m3/s de aceite con r 860 kg/m3. Los
diámetros de los tubos de succión y descarga son 8 cm y 12
cm, respectivamente. Si se determina que el aumento de presión
del aceite por la bomba es 400 kPa, y la eficiencia del
motor es 90 por ciento, calcule la eficiencia mecánica de la
bomba. Get solution
20 hp de potencia y transporta 1.5 pies3/s de agua, de un lago
hasta un estanque cercano a través de una tubería de diámetro
constante. La superficie del estanque está a 80 pies arriba de
la del lago. Determine la potencia mecánica que se usa para
vencer los efectos de la fricción en la tubería. Get solution
2-78 Una turbina eólica gira a 15 rpm bajo la influencia de
vientos estables que fluyen por la turbina a una tasa de 42 000 kg/s.
La medición de la velocidad en el extremo del aspa de la turbina
da 250 km/h. Si la turbina produce 180 kW de potencia,
determine a) la velocidad promedio del aire y b) la eficiencia
de conversión de la turbina. Tome la densidad del aire como
1.31 kg/m3. Get solution
2-79C ¿Cómo afecta la conversión de energía al ambiente?
¿Cuáles son las principales sustancias que contaminan el aire?
¿Cuál es la fuente principal de esos contaminantes? Get solution
2-80C ¿Qué es esmog? ¿De qué está formado? ¿Cómo se
forma ozono al nivel cercano al suelo? ¿Cuáles son los efectos
adversos del ozono sobre la salud humana? Get solution
2-81C ¿Qué es lluvia ácida? ¿Por qué se llama “lluvia”?
¿Cómo se forman los ácidos en la atmósfera? ¿Cuáles son los
efectos adversos de la lluvia ácida sobre el medio ambiente? Get solution
2-82C ¿Por qué el monóxido de carbono es un contaminante
peligroso en el aire? ¿Cómo afecta a la salud humana, a bajas
y a altas concentraciones? Get solution
2-83C ¿Qué es el efecto invernadero? Describa cómo el
exceso de CO2 en la atmósfera causa el efecto invernadero.
¿Cuáles son las consecuencias potenciales del efecto invernadero
a largo plazo? ¿Cómo podemos combatir este problema? Get solution
2-84E Un automóvil recorre 15,000 millas por año, y usa
unos 715 galones de gasolina; se compara con una camio-neta que consumiría 940 galones. Cuando se quema un galón
de gasolina, se producen unas 19.7 lbm de CO2, causante
del calentamiento global. Calcule la producción adicional de
CO2 causada por una persona que cambia su automóvil por la
camioneta, durante un periodo de 5 años. Get solution
2-85 Cuando se quema un hidrocarburo combustible, casi
todo su carbono se quema y forma CO2 (dióxido de carbono),
el principal gas causante del efecto invernadero, y por consiguiente
del cambio climático global. En promedio, se produce
0.59 kg de CO2 por cada kWh de electricidad generado en una
central eléctrica donde se quema gas natural. Un refrigerador
típico de un hogar usa unos 700 kWh de electricidad por año.
Calcule la cantidad de CO2 producido para que funcionen los
refrigeradores en una ciudad con 300,000 hogares. Get solution
2-86 Repita el problema 2-85, suponiendo que la electricidad
proviene de una central donde se quema carbón. En este
caso, la producción promedio de CO2 es 1.1 kg por kWh. Get solution
2-87E En una vivienda se usan 11,000 kWh de electricidad
al año, y 1,500 galones de combustible durante la estación fría,
para calefacción. La cantidad promedio de CO2 producida es
26.4 lbm/galón de combustible, y 1.54 lbm/kWh de electricidad.
Si en este hogar se reduce el uso de electricidad y combustible
en 15 por ciento como resultado de la implementación
de medidas de conservación de energía, calcule la reducción en
las emisiones de CO2 en un año, debidas a ese hogar. Get solution
2-88 Un automóvil normal rueda 20,000 km por año, y
emite unos 11 kg de NOx (óxidos de nitrógeno) por año a la
atmósfera. El gas natural que se quema en una estufa emite
unos 4.3 g de NOx por termia (1 termia 105,000 kJ); las
centrales eléctricas emiten unos 7.1 g de NOx por kWh de
electricidad que producen. Imagine una familia que posee dos
automóviles y cuya casa consume 9.000 kWh de electricidad
y 1.200 termias de gas natural. Calcule la cantidad de NOx
emitidos a la atmósfera por año, por la casa y los automóviles
de esa familia. Get solution
2-89C ¿Cuáles son los mecanismos de transferencia de calor? Get solution
2-90C ¿Cuál conduce mejor el calor, el diamante o la plata? Get solution
2-91C ¿Llega alguna parte de energía solar a la Tierra por
conducción o convección? Get solution
2-92C ¿En qué difiere la convección forzada de la convección
natural? Get solution
2-93C ¿Qué es un cuerpo negro? ¿En qué difieren los cuerpos
reales de un cuerpo negro? Get solution
2-94C Defina emisividad y absorbencia. ¿Cuál es la ley de
Kirchhoff de la radiación? Get solution
2-95 Las superficies interna y externa de un muro de ladrillo,
de 5 m 6 m, con 30 cm de espesor y conductividad térmica
0.69 W/m · °C, se mantienen a las temperaturas de 20 °C
y 5 °C, respectivamente. Calcule la tasa de transferencia de
calor a través de la pared, en W. Get solution
2-96 Las superficies interna y externa del vidrio de una ventana
de 2 m 2 m 0.5 cm de dimensiones están a 15 °C
y 6 °C, respectivamente, en invierno. Si la conductividad térmica
del vidrio es 0.78 W/m · °C, calcule la cantidad de pérdida
de calor, en kJ, a través del vidrio, durante 10 h. ¿Cuál
sería su respuesta si el vidrio tuviera 1 cm de espesor? Get solution
2-97 Regrese al problema 2-96. Use el programa EES
(o algún otro) para investigar el efecto del espesor
del vidrio sobre la pérdida de calor, para las temperaturas
especificadas en las caras del vidrio. Varíe el espesor del
vidrio, de 0.2 a 2 cm. Trace la gráfica de la pérdida de calor
en función del espesor del vidrio, y explique los resultados. Get solution
2-98 Un perol de aluminio, cuya conductividad térmica es 237
W/m · °C, tiene un fondo plano de 20 cm de diámetro y 0.4 cm
de espesor. Se transmite constantemente calor a agua hirviente
en el perol, por su fondo, a una tasa de 500 W. Si la superficie
interna del fondo del perol está a 105 °C, calcule la temperatura
de la superficie externa de ese fondo de perol. Get solution
2-99 Los vidrios interno y externo de una ventana de doble
vidrio de 2 m 2 m están a 18 °C y 6 °C, respectivamente.
Si el espacio de 1 cm entre los dos vidrios está lleno de aire
inmóvil, determine la tasa de transferencia de calor a través de
la capa de aire por conducción en kW. Get solution
2-100 Dos superficies de una placa de 2 cm de espesor se
mantienen a 0 °C y 100 °C, respectivamente. Se determina que
el calor atraviesa la placa a una tasa de 500 W/m2. Calcule la
conductividad térmica de la placa. Get solution
2-101 Para fines de transferencia de calor, se puede modelar
a un hombre quieto como un cilindro de 30 cm de diámetro
y 170 cm de longitud, con las superficies superior e inferior aisladas, y la superficie lateral a 34 °C en promedio.
Calcule la tasa de pérdida de calor de este hombre, para
un coeficiente de transferencia de calor por convección de
15 W/m2 · °C, en un ambiente a 20 °C. Get solution
2-102 Una esfera de 9 cm de diámetro, cuya superficie se
mantiene a la temperatura de 110 °C, está colgada en el centro
de un recinto a 20 °C. Si el coeficiente de transferencia de
calor por convección es 15 W/m2 · °C, y la emisividad de la
superficie es 0.8, calcule la tasa total de transferencia de calor
desde la esfera. Get solution
2-103 Regrese al problema 2-102. Use el programa EES
(u otro) para investigar el efecto del coeficiente
de transferencia de calor por convección, y de la emisividad de
la superficie, en la tasa de transferencia de calor desde la
esfera. Varíe el coeficiente de transferencia de calor desde 5
hasta 30 W/m2 · °C. Haga una gráfica de la tasa de transferencia
de calor en función del coeficiente de transferencia de calor
por convección, para emisividades de superficie de 0.1, 0.5, 0.8
y 1, y explique los resultados. Get solution
2-104 Se sopla aire caliente a 80 °C sobre una superficie
plana de 2 m 4 m, a 30 °C. Si el coeficiente de transferencia
de calor por convección es 55 W/m2 · °C, determine la
tasa de transferencia de calor del aire a la placa, en kW. Get solution
2-105 Se deja una plancha de 1,000 W sobre la tabla de
planchar, con su base al aire, que está a 20 °C. El coeficiente
de transferencia de calor por convección natural entre la superficie
de la base y el aire que la rodea es 35 W/m2 · °C. Si la
emisividad de la base es 0.6, y su área es 0.02 m2, calcule la
temperatura de la base de la plancha. Get solution
2-106 Una chapa metálica delgada está aislada en su cara
trasera, y su cara delantera está expuesta a la radiación solar.
La superficie expuesta de la chapa tiene 0.8 de absorbencia,
para radiación solar. Si esta radiación incide sobre la placa con
una potencia de 450 W/m2, y la temperatura del aire que la
rodea es 25 °C, determine la temperatura de la chapa, cuando
la pérdida de calor por convección es igual a la energía solar
absorbida por la placa. Suponga que el coeficiente de transferencia
de calor por convección es 50 W/m2 · °C, y desprecie
la pérdida de calor por radiación. Get solution
2-107 Regrese al problema 2-106. Use el programa EES
(u otro) para investigar el efecto del coeficiente
de transferencia de calor por convección, sobre la temperatura
superficial de la placa. Haga variar el coeficiente de transferencia
de calor de 10 a 90 W/m2 · °C. Trace la gráfica de la temperatura
superficial en función del coeficiente de transferencia de
calor por convección, y explique los resultados. Get solution
2-108 Un tubo de 5 cm de diámetro externo y 10 m de longitud,
con agua a 80 °C, pierde calor al aire que la rodea, a
5 °C, por convección natural; el coeficiente de transferencia
de calor es 25 W/m2 · °C. Calcule la tasa de pérdida de
calor del tubo, por convección natural, en kW. Get solution
2-109 La superficie externa de una nave en el espacio exterior
tiene 0.6 de emisividad, y 0.2 de absorbencia para la
radiación solar. Si esta radiación incide sobre la nave a una
tasa de 1 000 W/m2, determine la temperatura superficial de
la nave, cuando la radiación emitida es igual a la energía solar
absorbida. Get solution
2-110 Regrese al problema 2-109. Use el programa EES
(u otro) para investigar el efecto de la emisividad
y absorbencia superficial de la nave, sobre la temperatura superficial
de equilibrio. Trace una gráfica de la temperatura superficial
en función de la emisividad, para absorbencias de radiación
solar de 0.1, 0.5, 0.8 y 1, y describa los resultados. Get solution
2-111 Un recipiente esférico de acero, cuyo diámetro exterior
es 20 cm, y cuya pared hueca tiene el espesor de 0.4 cm, se llena con agua y hielo a 0 °C. La superficie externa está a
5 °C. Calcule la tasa aproximada de pérdida de calor a través
de la esfera, y la rapidez con que se funde el hielo en el
recipiente. Get solution
2-112 Considere un salón de clase para 55 estudiantes y un
profesor, cada uno de los cuales genera calor a razón de 100 W.
La iluminación la proporcionan 18 lámparas fluorescentes de
40 W cada una, y los balastros consumen un 10 por ciento
adicional. Determine la tasa de generación interna de calor en
este salón cuando está totalmente ocupado. Get solution
2-113 Una persona va a sustituir su calentador de gas natural,
con 25 años de antigüedad, por uno cuya eficiencia es 55
por ciento. Esa persona piensa en un calentador convencional,
con 82 por ciento de eficiencia, que cuesta $1,600, y en
otro cuya eficiencia es 95 por ciento, que cuesta $2,700. La
persona quisiera comprar el de alta eficiencia, si el ahorro en
los pagos de gas natural recompensa la diferencia de costos
en menos de 8 años. Si la persona paga actualmente 1,200
dólares al año por gas natural, determine si debe comprar el
modelo convencional o el de alta eficiencia. Get solution
2-114 La energía eólica se ha usado desde 4 000 a.C. para
accionar barcos de vela, moler granos, bombear agua para las
granjas y, más recientemente, para generar electricidad. Sólo en
Estados Unidos se han usado desde la década de 1850 más de
6 millones de pequeños molinos de viento, la mayoría de ellos
con potencia menor de 5 hp para bombear agua. Se han usado
pequeños molinos de viento para generar electricidad desde
1900; pero el desarrollo de las turbinas de viento modernas
ocurrió sólo recientemente en respuesta a la crisis energética a
principios de la década de 1970. El costo de la potencia eólica
ha caído en un orden de magnitud, de alrededor de $0.50/kWh
a principios de la década de 1980 a alrededor de $0.05/kWh a
mediados de la década de 1990, que es aproximadamente el
precio de la electricidad generada en plantas que usan carbón
como combustible. Las áreas con una velocidad de viento
promedio de 6 m/s (o 14 mph) son sitios potenciales para la
generación económica de potencia eólica. Las turbinas comerciales
de viento generan de 100 kW a 3.2 MW de potencia
eléctrica cada una en condiciones máximas de diseño. El diámetro
de la envergadura de las hojas (o del rotor) de la turbina
de viento de 3.2 MW construida por Boeing Engineering es de
320 pies (97.5 m). La rapidez de rotación de los rotores de las
turbinas de viento es usualmente menor de 40 rpm (menor de
20 rpm para turbinas grandes). Altamont Pass, en California,
es la instalación eólica más grande del mundo, con 15 000
turbinas de viento modernas. Esta instalación y otras dos en
California produjeron 2.800 millones de kWh de electricidad
en 1991, suficiente potencia para satisfacer las necesidades de
electricidad de San Francisco.
En 2008 se instalaron 27 260 MW de nueva capacidad de
generación eólica en el mundo, elevando la capacidad total
de generación eólica del mundo a 121 200 MW. Estados Unidos,
Alemania, Dinamarca y España contribuyen con más del
75 por ciento de la capacidad actual de generación eólica de
electricidad en el mundo. Dinamarca usa turbinas eléctricas
para suministrar el 10 por ciento de su electricidad nacional.
Muchas turbinas de viento que se encuentran actualmente
en operación tienen sólo dos hojas; esto se debe a que a una
rapidez de punta de hoja de 100 a 200 mph, la eficiencia de
la turbina de dos hojas se aproxima al máximo teórico, y el
aumento de eficiencia obtenido por la adición de una tercera o
cuarta hoja es tan pequeño que no justifica el costo y el peso
adicionales.
Considere una turbina de viento con un rotor con diámetro
de 80 m que gira a 20 rpm con vientos constantes con velocidad
promedio de 30 km/h. Suponiendo que la turbina tiene
una eficiencia de 35 por ciento (es decir, convierte 35 por
ciento de la energía cinética del viento en electricidad), determine
a) la potencia producida, en kW; b) la rapidez de punta
de la hoja, en km/h y c) el ingreso generado por la turbina de
viento por año si la potencia eléctrica producida se vende a
la empresa eléctrica a $0.06/kWh. Tome la densidad del aire
como 1.20 kg/m3. Get solution
2-115 Repita el problema 2-114 para una velocidad de viento
promedio de 20 km/h. Get solution
2-116E El contenido de energía, los costos unitarios y las
eficiencias de conversión características de varias fuentes de
energía usadas en calentadores de agua, son: 1 025 Btu/pie3,
$0.012/pie3 y 55 por ciento para gas natural; 138 700 Btu/gal,
$1.15/gal y 55 por ciento para calentadores de petróleo;
1 kWh/kWh, $0.048/kWh y 90 por ciento para calentadores
eléctricos, respectivamente. Determine la fuente de energía de
menor costo para calentadores de agua. Get solution
2-117 Un propietario está analizando la adquisición de alguno
de estos sistemas de calefacción para su casa: calentamiento
mediante resistencia eléctrica con $0.09/kWh y 1 kWh
3 600 kJ, calentamiento a base de gas con $1.24/unidad
térmica y 1 termia 105 500 kJ, y calentamiento a base de
petróleo con $1.25/gal y 1 gal de petróleo 138 500 kJ.
Suponiendo eficiencias de 100 por ciento para el horno eléctrico
y de 87 por ciento para los de gas y petróleo, determine
el sistema de calefacción con el costo mínimo de energía. Get solution
2-118 Un hogar representativo paga casi $1 200 al año por
facturas de energía, y el Departamento de Energía de Estados
Unidos estima que 46 por ciento de esta energía se usa para
calefacción o enfriamiento: 15 por ciento para calentar agua,
15 para refrigerar y congelar y 24 para iluminación, cocinar
y uso de otros aparatos. Los costos de calefacción y enfriamiento
de una casa mal aislada se pueden reducir hasta 30 por
ciento si se colocan materiales aislantes adecuados. Si el costo
del aislamiento es de $200, determine cuánto tiempo toma
recuperar la inversión como resultado del ahorro de energía. Get solution
2-119 El Departamento de Energía en Estados Unidos estima
que se puede ahorrar hasta 10 por ciento de la energía consumida
en una casa, si se calafatean puertas y ventanas, encintándolas
con bandas selladoras, para reducir las fugas de aire, con
un costo aproximado de $60 en materiales para una vivienda
promedio con 12 ventanas y 2 puertas. Con un sellado y colocación
de cintas de cierre en cada vivienda con calefacción de
gas, se ahorraría la energía suficiente como para calentar unos
4 millones de hogares. Los ahorros pueden aumentar al instalar
ventanas térmicas. Calcule en cuánto tiempo se pagaría el
costo del sellado y cintas de cierre, con la energía que ahorran
en una vivienda donde se usa el equivalente anual de energía
de $1 500. Get solution
2-120E La energía almacenada en el resorte de un vagón de
ferrocarril es de 5 000 lbf · pie. ¿Cuál es la energía a) en unidades
de lbm, pies y s; b) en unidades de lbf y yardas (yd), y
c) en unidades de lbm, millas y horas? Get solution
2-121E La fuerza necesaria para expandir el gas en un resorte
de gas una distancia x está dada por
F = Constante / x ^k
donde la constante está determinada por la geometría de este
dispositivo, y k está determinada por el gas que se usa en
el dispositivo. Un dispositivo como éste tiene una constante
de 200 lbf · pulg1.4 y k = 1.4. Determine el trabajo, en Btu,
necesario para comprimir este dispositivo de 1 in a 4 in. Get solution
2-122E Una persona que pesa 180 lbf empuja un bloque que
pesa 100 lbf, por un plano horizontal. El coeficiente dinámico
de fricción entre el bloque y el plano es 0.2. Suponiendo que
el bloque se mueve con velocidad constante, calcule el trabajo
necesario para moverlo una distancia de 100 pies, considerando
que a) el hombre y b) el bloque es el sistema. Exprese
sus respuestas en lbf · pie y también en Btu.
2-123 Un motor diésel, con volumen de cilindros 4.0 L y
velocidad de motor 2 500 rpm, trabaja con una relación airecombustible
igual a 18 kg de aire/kg de combustible. Usa diésel
ligero, que contiene 750 ppm (partes por millón) de azufre,
en masa. Todo ese azufre se descarga al ambiente, donde se
convierte en ácido sulfuroso, H2SO3. Si el flujo de aire que
entra al motor es 336 kg/h, calcule el flujo másico de masa
de azufre en el escape. También determine el flujo másico de
ácido sulfuroso agregado al ambiente, si por cada kmol de azufre
en el escape donde la constante está determinada por la geometría de este
dispositivo, y k está determinada por el gas que se usa en
el dispositivo. Un dispositivo como éste tiene una constante
de 200 lbf · pulg1.4 y k = 1.4. Determine el trabajo, en Btu,
necesario para comprimir este dispositivo de 1 in a 4 in. Get solution
2-124 La gasolina con plomo hace que en el escape de los
motores se expulse plomo. El plomo es una emisión muy
tóxica de los motores. Desde la década de 1980 ha sido ilegal
en Estados Unidos el uso de la gasolina con plomo en la mayor
parte de los vehículos. Sin embargo, la gasolina con plomo se
usa todavía en algunos países del mundo. Imagine una ciudad
con 5,000 automóviles que usen gasolina con plomo. Esa gasolina
contiene 0.15 g de plomo/L, y 35 por ciento del mismo
escapa al ambiente. Suponiendo que un automóvil promedio
recorra 15,000 km por año, con un consumo de gasolina de
8.5 L/100 km, calcule la cantidad de plomo emitida a la atmósfera
por año, en esa ciudad. Respuesta: 355 kg Get solution
2-125E Se bombea agua desde un pozo de 200 pies de profundidad,
hasta un recipiente de almacenamiento de 100 pies
de altura. Calcule la potencia, en kW, que se necesitaría para
bombear 200 galones por minuto. Get solution
2-126 En un molino de maíz del siglo XIX se empleaba una
rueda hidráulica de 14 m de altura. Cerca de la parte superior
de la rueda caía agua a 320 litros por minuto. ¿Cuánta
potencia, en kW, podría haber producido esa rueda hidráulica? Get solution
2-127 Los aerogeneradores desaceleran el aire, y hacen que
llene canales más amplios al pasar por sus aspas. En un día
con viento de 10 m/s, un molino de viento circular con un rotor
de 7 m de diámetro funciona cuando la presión atmosférica es
100 kPa, y la temperatura es 20 °C. La velocidad del viento
después del molino se mide y resulta 9 m/s. Calcule el diámetro
del ducto de aire después del rotor, y la potencia que produce
este molino, suponiendo que el aire es incompresible. Get solution
2-128 En una central hidroeléctrica bajan 65 m3/s de agua,
desde una altura de 90 m, hasta una turbina generadora de
electricidad. La eficiencia general del turbogenerador es 84
por ciento. Sin tener en cuenta las pérdidas por fricción en la
tubería, calcule la producción de potencia en esta planta.
Respuesta: 48.2 MW Get solution
mayor durante el día que por la noche, y las empresas eléctricas
venden, con frecuencia, la energía eléctrica por la noche
a precios mucho menores, para estimular a los consumidores
para usar la capacidad disponible de generación, y para evitar
construir nuevas y costosas plantas generadoras que sólo
se usen durante cortos periodos. También, las empresas están
dispuestas a comprar energía producida por empresas privadas
durante el día, a altos precios.
Suponga que una empresa eléctrica vende energía a $0.03/kWh
por la noche, y puede pagar a $0.08/kWh electricidad durante
el día. Para aprovechar esta oportunidad, un productor considera
construir un gran depósito a 40 m de altura sobre el
nivel de un lago, bombeando el agua al depósito durante la
noche, con energía poco costosa, y dejar regresar el agua al
lago durante el día, produciendo electricidad al hacer que la
motobomba trabaje como turbogenerador, cuando se invierte
el flujo. En un análisis preliminar se demuestra que se puede
usar una tasa de flujo de agua de 2 m3/s, en ambas direcciones.
Se espera que las eficiencias combinadas de la motobomba y
el turbogenerador sean 75 por ciento cada una. Sin tener en
cuenta las pérdidas por fricción en la tubería, y suponiendo
que el sistema funciona durante 10 h en cada modo durante
un día normal, calcule el ingreso potencial de este sistema de
bomba y generador, durante un año. Get solution
2-130 Una calefacción eléctrica de resistencia, de 2 kW,
está en un recinto, y se enciende durante 50 min. La cantidad
de energía transferida de la calefacción al recinto es
a) 2 kJ b) 100 kJ c) 3 000 kJ d) 6 000 kJ
e) 12 000 kJ Get solution
2-131 En un cálido día de verano, un ventilador hace circular
aire dentro de un recinto bien sellado, con un ventilador de
0.50 hp impulsado por un motor de 65 por ciento de eficiencia.
(El motor entrega 0.50 hp de potencia neta en el eje, al
ventilador.) La tasa de suministro de energía por el conjunto
motor-ventilador, al recinto, es
a) 0.769 kJ/s b) 0.325 kJ/s c) 0.574 kJ/s
d) 0.373 kJ/s e) 0.242 kJ/s Get solution
2-132 Un ventilador debe acelerar 3 m3/s de aire, desde el
reposo hasta 12 m/s. Si la densidad del aire es 1.15 kg/m3, la
potencia mínima que debe suministrarse al ventilador es
a) 248 W b) 72 W c) 497 W d) 216 W
e) 162 W Get solution
2-133 Un automóvil de 900 kg que va a una velocidad constante
de 60 km/h, y debe acelerar a 100 km/h en 4 s. La potencia
adicional para tener esta aceleración es
a) 56 kW b) 222 kW c) 2.5 kW d) 62 kW
e) 90 kW Get solution
2-134 El elevador de un edificio alto debe subir una masa
neta de 400 kg a 12 m/s, velocidad constante, y usa un motor
eléctrico. La potencia mínima del motor debe ser
a) 0 kW b) 4.8 kW c) 47 kW d) 12 kW
e) 36 kW Get solution
2-135 En una planta hidroeléctrica donde pasan 70 m3/s de
agua, de una altura de 65 m, y se usa un turbogenerador con
85 por ciento de eficiencia. Si se desprecian las pérdidas por
fricción en tuberías, la producción de potencia eléctrica en esa
planta es
a) 3.9 MW b) 38 MW c) 45 MW d) 53 MW
e) 65 MW Get solution
2-136 En una instalación, un compresor de 75 hp trabaja a
plena carga durante 2 500 h por año, y está impulsado por un
motor eléctrico cuya eficiencia es 93 por ciento. Si el costo
unitario de la electricidad es $0.06/kWh, el costo anual de
electricidad para este compresor es
a) $7 802 b) $9 021 c) $12 100 d) $8 389
e) $10 460 Get solution
2-137 Un refrigerador consume 320 W de potencia cuando
está trabajando. Si sólo trabaja la cuarta parte del tiempo, y
el costo de la electricidad es $0.09/kWh, el costo mensual (30
días) para este refrigerador es
a) $3.56 b) $5.18 c) $8.54 d) $9.28
e) $20.74 Get solution
2-138 Para bombear queroseno (r 0.820 kg/L) de un recipiente
en el piso hasta un recipiente elevado, se usa una bomba de 2 kW. Ambos recipientes están abiertos a la atmósfera, y la
diferencia de altura entre las superficies libres de los recipientes
es 30 m. La tasa máxima de flujo volumétrico del queroseno es
a) 8.3 L/s b) 7.2 L/s c) 6.8 L/s
d) 12.1 L/s e) 17.8 L/s Get solution
2-139 Una bomba de glicerina está impulsada por un motor
eléctrico de 5 kW. Si se mide la diferencia de presiones entre
la descarga y la succión de la bomba, a plena carga, resulta
ser 211 kPa. Si la tasa de flujo por la bomba es 18 L/s, y no se
toman en cuenta los cambios de elevación y de velocidad de
flujo a través de la bomba, la eficiencia total de la misma es
a) 69 por ciento b) 72 por ciento c) 76 por ciento
d) 79 por ciento e) 82 por ciento
Los siguientes problemas se basan en el tema especial
opcional de transferencia de calor Get solution
2-140 Una tarjeta de circuito tiene 10 cm de altura y 20 cm
de ancho, contiene 100 chips muy juntos; cada uno genera
calor, a una tasa de 0.08 W, y lo transfiere por convección al
aire que lo rodea, que está a 25 °C. La transferencia de calor
de la cara posterior de la tarjeta es despreciable. Si el coeficiente
de transferencia de calor por convección, en la superficie
anterior es 10 W/m2 · °C, y es despreciable la transferencia
de calor por radiación, la temperatura superficial promedio
de los chips es
a) 26 °C b) 45 °C c) 15 °C d) 80 °C
e) 65 °C Get solution
2-141 Una resistencia eléctrica de 50 cm de longitud y 0.2
cm de diámetro, sumergida en agua, se usa para determinar
el coeficiente de transferencia de calor en agua hirviendo, a
1 atm. Se mide la temperatura superficial de la resistencia, y
resulta 130 °C cuando un wáttmetro indica que el consumo
de potencia eléctrica es 4.1 kW. Entonces, el coeficiente de
transferencia de calor es
a) 43 500 W/m2 · °C b) 137 W/m2 · °C
c) 68 330 W/m2 · °C d) 10 038 W/m2 · °C
e) 37 540 W/m2 · °C Get solution
2-142 Una superficie negra y caliente de 3 m2, a 80 °C,
pierde calor al aire a 25 °C que la rodea, por convección, y el
coeficiente de transferencia de calor por convección es 12 W/
m2 · °C; también pierde calor por radiación a las superficies
vecinas a 15 °C. La tasa total de pérdida de calor de la superficie
es
a) 1 987 W b) 2 239 W c) 2 348 W d) 3 451 W
e) 3 811 W Get solution
2-143 A través de un muro de 8 m 4 m de dimensiones y
de 0.2 m de espesor, se transfiere calor a una tasa de 2.4 kW.
Las temperaturas superficiales interna y externa del muro se
miden, y resultan 15 °C y 5 °C, respectivamente. La conductividad
térmica promedio del muro es
a) 0.002 W/m · °C b) 0.75 W/m · °C c) 1.0 W/m · °C
d) 1.5 W/m · °C e) 3.0 W/m · °C Get solution
2-144 El tejado de una casa con calefacción eléctrica mide
7 m de longitud, 10 m de ancho y 0.25 m de espesor. Es una
losa plana de concreto, cuya conductividad térmica es 0.92
W/m · °C. Durante cierta noche invernal, se miden las temperaturas
interna y externa del tejado, y son 15 °C y 4 °C, respectivamente.
La tasa promedio de pérdida de calor a través
del tejado, durante la noche, fue
a) 41 W b) 177 W c) 4 894 W d) 5 567 W
e) 2 834 W Get solution
